ES2202278T3 - PROCEDURE AND DEVICE FOR WATER PURIFICATION. - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la purificación de agua residual en el que el agua residual (6) que va ser purificada es purificada biológicamente y la descarga (12) es sometida a una filtración por membrana de extremo muerto (2), en la que las partículas sólidas retenidas son eliminadas por lavado a contracorriente, caracterizado porque la purificación biológica se produce en una etapa de cuerpos de relleno (1), en la que a la descarga (12) de la etapa de cuerpos de relleno (1) se añaden medios floculantes (24) antes de la filtración por membrana, durante el lavado a contracorriente se adicionan medios de purificación químicos y/o medios de desinfección (29), el lavado a contracorriente es apoyado por aporte de gas (27), especialmente aire, y el líquido de lavado (16) que se produce es enviado a una preclarificación (4) conectada delante de la etapa de cuerpos de relleno (1).Procedure for the purification of residual water in which the residual water (6) to be purified is biologically purified and the discharge (12) is subjected to a dead end membrane filtration (2), in which the retained solid particles they are eliminated by backwashing, characterized in that the biological purification occurs in a stage of filling bodies (1), in which to the discharge (12) of the stage of filling bodies (1) flocculating means (24) are added ) prior to membrane filtration, chemical purification means and / or disinfection means (29) are added during the backwash, the backwash is supported by gas supply (27), especially air, and the liquid Washing (16) that occurs is sent to a pre-clarification (4) connected in front of the stage of filling bodies (1).
Description
Procedimiento y dispositivo para la purificación de agua.Procedure and device for purification of water.
El invento se refiere a un procedimiento para la purificación de agua residual en el que el agua residual que va a ser purificada biológicamente y la descarga serán sometidas a una filtración por membrana de extremo muerto en la que las partículas sólidas retenidas serán retiradas por lavado a contracorriente, así como al dispositivo correspondiente.The invention relates to a process for wastewater purification in which the wastewater that is going to be biologically purified and the discharge will be subjected to a dead end membrane filtration in which the particles retained solids will be removed by backwash as well as to the corresponding device.
En países con bajos recursos acuíferos las aguas residuales representan un importante potencial como fuente de agua útil. La sustitución de agua potable por agua residual purificada permite por una parte una mejor utilización de las reservas de agua existentes y por otro lado se pueden mantener las fuentes naturales de agua para su utilización en el campo del agua potable. Para garantizar con seguridad la reutilización del agua residual purificada, especialmente el agua residual municipal, deben cumplirse sin embargo algunas exigencias de principio.In countries with low water resources, water Waste represents an important potential as a water source Useful. The replacement of drinking water with purified wastewater allows on the one hand a better use of water reserves existing and on the other hand you can keep the natural sources of water for use in the field of drinking water. For securely reuse wastewater purified, especially municipal wastewater, must however, some requirements of principle are met.
Una exigencia es un contenido residual lo más bajo posible en partículas orgánicas perjudiciales. Esto se consigue según la técnica actual de forma técnicamente sencilla con ayuda de un lecho sólido, como por ejemplo con etapas de cuerpos de relleno, que debido a su sencilla construcción son especialmente adecuados para las regiones de la tierra técnicamente menos desarrolladas. La segunda exigencia también importante, que no puede ser satisfecha satisfactoriamente con un lecho sólido, se refiere a la calidad higiénica del agua residual tratada, puesto que el agua residual representa una gran fuente de expansión para las enfermedades infecciosas.A requirement is the most residual content as low as possible in harmful organic particles. This is achieved according to the current technique in a technically simple way with the help of a solid bed, such as with stages of filling bodies, which due to their simple construction are especially suitable for technically less developed regions of the earth. The second requirement also important, which cannot be satisfied satisfactorily with a solid bed, refers to the quality hygienic wastewater treated, since the wastewater It represents a great source of expansion for diseases infectious
La calidad de la descarga de un lecho sólido puede mejorarse de acuerdo con la técnica actual por la utilización de filtros de arena, pero la calidad del filtrado no es todavía suficiente para su reutilización. Por motivos higiénicos debe dosificarse adicionalmente una gran cantidad de cloro el cual puede colaborar en la formación de sustancias orgánicas cloradas (THN) peligrosas.The quality of the discharge of a solid bed can be improved according to the current technique by use of sand filters, but the filtering quality is not yet Enough for reuse. For hygienic reasons you must additionally dosed a large amount of chlorine which can collaborate in the formation of chlorinated organic substances (THN) dangerous.
Por el documento US-A-5 230 803 se conoce un procedimiento y un dispositivo para la purificación de agua residual en el que en primer lugar se purifica biológicamente el agua residual en un lecho sólido y después es sometida a una filtración de membrana de extremo muerto.For the document US-A-5 230 803 a known procedure and a device for purification of wastewater in which water is first purified biologically residual in a solid bed and then subjected to filtration of dead end membrane.
Una misión del presente invento consiste ahora en que, evitando las desventajas mencionadas, con la utilización de un lecho sólido se purifica de tal manera el agua residual que la calidad del agua residual purificada permite la reutilización como agua útil, especialmente con fines de regadío.A mission of the present invention now consists of that, avoiding the aforementioned disadvantages, with the use of a solid bed is purified in such a way the residual water that the purified wastewater quality allows reuse as useful water, especially for irrigation purposes.
El procedimiento acorde con el invento se destaca por las características de la reivindicación 1. El correspondiente dispositivo está caracterizado por las características de la reivindicación 4.The procedure according to the invention stands out by the features of claim 1. The corresponding device is characterized by the characteristics of the claim 4.
En la filtración por membrana de extremo muerto se pueden emplear tanto membranas de microfiltración como también membranas de ultrafiltración. Debido a esta forma de funcionamiento y después de que las membranas retienen las partículas sólidas, se produce durante la filtración un aumento de la concentración de partículas sólidas en el módulo de membrana o en los módulos de membrana de la instalación de filtración por membrana. Estas partículas sólidas son extraídas, preferentemente de forma periódica, de la superficie de la membrana por medio de los dispositivos previstos y retiradas del sistema.In dead end membrane filtration both microfiltration membranes can be used as well as ultrafiltration membranes. Due to this way of operation and after the membranes retain the solid particles, they produces an increase in the concentration of solid particles in the membrane module or in the modules membrane of the membrane filtration system. These solid particles are extracted, preferably in shape periodic, of the membrane surface by means of devices planned and removed from the system.
El invento puede ser utilizado independientemente del tipo de módulo de membrana empleado (módulo tubular, de placas, de fibra hueca así como colchones).The invention can be used independently of the type of membrane module used (tubular, plate module, hollow fiber as well as mattresses).
Otras configuraciones ventajosas del dispositivo acorde con el invento están expresadas en las reivindicaciones dependientes.Other advantageous device configurations according to the invention are expressed in the claims Dependents
Una filtración por membrana según un tratamiento biológico del agua residual ofrece las siguientes ventajas:A membrane filtration according to a treatment Biological wastewater offers the following advantages:
- las membranas representan una barrera absoluta correspondiente con el diámetro de los poros,- the membranes represent an absolute barrier corresponding to the diameter of the pores,
- las partículas sólidas orgánicas en suspensión son totalmente separadas y la descarga está libre de partículas,- organic solid particles in suspension they are totally separated and the discharge is free of particles,
- los gérmenes patógenos son eliminados con toda seguridad y también se disminuye decisivamente el número de partículas de virus,- pathogenic germs are eliminated with all security and also the number of virus particles,
- la descarga de la instalación cumple sin limitación, en lo que respecta a la calidad higiénica, las exigencias de la OMS para fines de riego.- the installation download complies without limitation, with regard to hygienic quality, the WHO requirements for irrigation purposes.
Además la filtración según el principio de extremo muerto tiene la ventaja de que el consumo energético es menor en comparación con una filtración por membrana en servicio de flujo cruzado y una instalación de filtración por membrana de extremo muerto tiene menor ocupación de espacio que las balsas de clarificación y el filtro de arena que habitualmente se colocan después de un lecho sólido, especialmente de una etapa de cuerpos de relleno.In addition the filtration according to the principle of dead end has the advantage that energy consumption is lower compared to a membrane filtration in service of cross flow and a membrane filtration facility of dead end has less space occupation than the rafts of clarification and the sand filter that are usually placed after a solid bed, especially a stage of bodies of filling.
Adicionalmente, cuando se utilizan lavados a contracorriente periódicos se puede utilizar el agua residual purificada (filtrado) con lo que se reduce fuertemente el consumo de agua potable.Additionally, when using washes to periodic countercurrent wastewater can be used purified (filtered) thereby reducing the consumption of drinking water.
Para purificar mejor el módulo el lavado a contracorriente se apoya con inyección de gas, especialmente aire. Una disposición vertical de los módulos origina una distribución y un mezclado equilibrado y más efectivo del aire de lavado y del líquido.To better purify the module the wash to Counter current is supported by gas injection, especially air. A vertical arrangement of the modules causes a distribution and a balanced and more effective mixing of the washing air and the liquid.
El líquido de lavado fuertemente cargado con partículas sólidas se envía por lo menos parcialmente a una preclarificación conectada antes del reactor de lecho sólido.The washing liquid heavily loaded with solid particles are sent at least partially to a preclarification connected before the solid bed reactor.
Alternativamente o para una corriente parcial del líquido de lavado puede preverse que el líquido de lavado que se produce en el lavado a contracorriente sea retirado como un lodo sobrante. De esta forma se puede descargar la preclarificación del lecho sólido.Alternatively or for a partial current of washing liquid may be provided that the washing liquid that is produced in backwash be removed as a mud surplus. In this way you can download the preclarification of the solid bed
Por esto, porque a la descarga del lecho sólido se le adicionan medios floculantes, se consigue que las partículas sólidas se reúnan en flóculos mayores y con ello el agua residual puede ser filtrada con más facilidad y los módulos de la instalación de filtración por membrana son lavados mejor a contracorriente.For this, because of the discharge of the solid bed flocculant media are added, the particles are achieved solids gather in larger flocs and with it the residual water It can be filtered more easily and the installation modules Membrane filtration are better washed against the current.
La purificación de las membranas se lleva a cabo durante el lavado a contracorriente por la dosificación de medios de purificación y/o medios de desinfección ahorrando tiempo y mejorando los costes.The purification of the membranes is carried out during backwashing by dosing means of purification and / or means of disinfection saving time and improving the costs.
Si la descarga del lecho sólido es enviada a una separación de partículas sólidas de una etapa de posclarificación y a continuación a la filtración por membrana de extremo muerto, aumentará la capacidad de filtración a causa de la menor concentración en partículas sólidas del agua residual así como se alargarán los intervalos de lavado a contracorriente y purificación. Por ello una etapa de posclarificación ya existente puede ser intercalada en el procedimiento acorde con el invento.If the solid bed discharge is sent to a separation of solid particles from a postclarification stage and then to the dead end membrane filtration, increase the filtration capacity because of the lower solid particle concentration of wastewater as well as lengthen the intervals of backwash and purification. Therefore an existing postclarification stage can be interspersed in the process according to the invention.
El invento será aclarado a modo de ejemplo sobre la base de la figura. En la figura está representada la integración de una instalación de filtración por membrana, denominada de ahora en adelante abreviadamente instalación de filtración, en una instalación depuradora.The invention will be clarified by way of example about The base of the figure. The figure shows the integration of a membrane filtration installation, now called hereinafter abbreviated filtration installation, in a treatment plant.
Con la instalación de filtración 2 se trata el agua residual purificada biológicamente. En esta instalación depuradora el agua residual bruta 6 atraviesa una sección de medida 30, una captación de arena 31 así como una balsa de preclarificación 4 con separación de lodos 7 construida como pozos EMSCHER. El agua residual 8 decantada previamente es enviada al reactor de cuerpos de relleno 1 con la carga del filtro 11. La descarga 12 del reactor de cuerpos de relleno 1 se toma en cantidades constantes desde un pozo (no representado) directamente después del reactor de cuerpos de relleno 1 y/o directamente por una línea 36 desde una balsa de posclarificación 22 mediante una bomba sumergida 26. La descarga 12 llega a la balsa de floculación 23 en la que se dosifica un medio floculante desde un depósito de medio floculante 25 mediante una bomba de dosificación 34. Desde esta balsa de floculación 23 se alimenta la instalación de filtración 2 mediante una bomba de circulación 13.With filtration installation 2 the Biologically purified residual water. In this installation treatment plant the raw waste water 6 crosses a measurement section 30, a sand catchment 31 as well as a preclarification raft 4 with sludge separation 7 built as EMSCHER wells. Water waste 8 previously decanted is sent to the reactor of bodies of filling 1 with the filter load 11. The discharge 12 of the reactor filling bodies 1 is taken in constant quantities from a well (not shown) directly after the reactor of bodies of fill 1 and / or directly along a line 36 from a raft of postclarification 22 using a submerged pump 26. Discharge 12 reaches flocculation raft 23 in which a medium is dosed flocculant from a flocculant medium tank 25 by means of a Dosing pump 34. From this flocculation raft 23, feeds the filtration system 2 by means of a pump circulation 13.
La tubería de alimentación 35 puede ser bloqueada durante el lavado a contracorriente mediante la llave de bloqueo 20.Feed pipe 35 can be blocked during backwash using the lock key twenty.
En el extremo superior del módulo de filtración 14 se encuentra una válvula de dos vías 19 (válvula para el agua de lavado). Durante la filtración la válvula para el agua de lavado 19 está cerrada, con lo que se forma el así llamado "extremo muerto". Después de que la membrana del módulo de filtración 14 retenga las partículas sólidas, se forma un paso adicional de filtración con las partículas sólidas reunidas como un lodo. El filtrado 15 pasa radialmente a través de la membrana y fluye a través de la válvula de filtrado 18 en el recipiente de filtrado 3. El filtrado 15 fluye a través de un medidor de caudal no representado y es recogido en un recipiente de filtrado 3. El filtrado puede ser retirado por la descarga de filtrado 21.At the upper end of the filtration module 14 is a two-way valve 19 (valve for water washed). During filtration the valve for the wash water 19 is closed, with what is formed the so-called "end dead. "After the membrane filtration module 14 retain solid particles, an additional step of filtration with the solid particles gathered like a mud. The filtered 15 passes radially through the membrane and flows to through the filter valve 18 in the filter vessel 3. The filtrate 15 flows through a flowmeter not represented and collected in a filter container 3. The Filtering can be removed by filtering discharge 21.
Durante el lavado a contracorriente se bombea filtrado en dirección contraria en el módulo de filtración 14 mediante una bomba de lavado 17 que se encuentra en el recipiente de filtrado 3, construida por ejemplo como bomba sumergida. Una válvula de 3 vías (válvula de filtrado 18) conmuta entre ambas corrientes. La válvula de agua de lavado 19 está abierta durante el lavado a contracorriente para separar el agua de lavado 16. La cantidad de agua de lavado 16 puede ser calculada con el contador de caudal 32.During backwash it is pumped filtered in the opposite direction in the filtration module 14 by means of a wash pump 17 that is in the container filtered 3, built for example as a submerged pump. One valve 3-way (filter valve 18) switches between both streams. The wash water valve 19 is open during washing a countercurrent to separate the wash water 16. The amount of wash water 16 can be calculated with the flow meter 32
Se puede conseguir un mejor efecto de purificación, antes del lavado a contracorriente, mediante la descarga del líquido desde el módulo de filtración 14 lavando a contracorriente a continuación. Durante la descarga el grifo de bloqueo 20 está cerrado así como abiertos la válvula de agua de lavado 19 y el grifo de bloqueo 37.A better effect of purification, before backwashing, by means of discharge of the liquid from the filtration module 14 by washing countercurrent below. During the download the tap lock 20 is closed as well as open the water valve of wash 19 and lock tap 37.
El caudal de recirculación necesario de 0,5 - 1 en el reactor de cuerpos de relleno 1 para garantizar una separación hidráulica de la biomasa puede obtenerse mediante el retorno de agua de lavado 16 a la balsa de preclarificación 4.The necessary recirculation flow of 0.5 - 1 in the filler body reactor 1 to ensure separation Hydraulic biomass can be obtained by returning water wash 16 to the preclarification pool 4.
Los problemas iniciales de bloqueo del módulo, que fueron causados por el alto porcentaje de partículas sólidas del agua residual pudieron solventarse con la modificación del lavado a contracorriente.The initial module lock issues, which were caused by the high percentage of solid particles of the residual water could be solved with the modification of the washing to countercurrent
El lavado a contracorriente modificado se destaca por un lavado combinado con agua y aire. En él, por el lado de alimentación se inyecta una gran cantidad de aire en el módulo antes del lavado a contracorriente así como durante el lavado a contracorriente. Con ello la torta de partículas sólidas se disgrega y puede ser fácilmente transportada. Para ello antes de la entrada al módulo se encuentra una entrada para el aire de lavado 27. A través de ésta se puede soplar adicionalmente en el módulo de lavado a contracorriente aire mediante el compresor 28 que apoye a la corriente de alimentación. Con las membranas adecuadas se puede aportar aire también por el lado del filtrado.Modified backwashing stands out for a combined wash with water and air. In it, on the side of power is injected a large amount of air into the module before of backwash as well as during washing countercurrent With this the solid particle cake disintegrates And it can be easily transported. To do this before entry to the module is an inlet for washing air 27. A through it it can be blown further into the wash module to countercurrent air through compressor 28 that supports the power supply With the right membranes you can provide air also from the filtrate side.
El módulo de filtración 14 puede ser horizontal para una mejor distribución del aire de lavado 28, sin embargo también puede estar situado verticalmente. En la disposición últimamente mencionada, con el lavado a contracorriente modificado según el siguiente modo, no se detectaron bloqueos incluso con un contenido alto de partículas sólidas:The filtration module 14 can be horizontal for better distribution of washing air 28, however It can also be located vertically. In the layout recently mentioned, with modified backwash according to the following mode, no blockages were detected even with a high content of solid particles:
- 20-30 min. tiempo de producción (filtros)- 20-30 min. production time (filters)
- 20 s prelavado con alimentación- 20 s prewash with power
- 20 s lavado a contracorriente del filtrado- 20 s backwash of the filtrate
- 20s lavado a contracorriente del filtrado y prelavado con mezcla de alimentación + aire- 20s backwashing of the filtrate and prewash with feed + air mixture
Otra mejora del lavado a contracorriente la origina la utilización simultánea de productos químicos. Con ello se puede reducir fuertemente de forma adicional el ensuciamiento inorgánico, orgánico y biológico de la membrana.Another improvement of backwashing the originates the simultaneous use of chemical products. With it can greatly reduce fouling inorganic, organic and biological membrane.
Según el tipo e intensidad del ensuciamiento se pueden emplear diferentes productos químicos en diferentes concentraciones. En la instalación acorde con la figura se ha demostrado como muy efectivo un lavado a contracorriente ácido y a continuación un lavado con hipoclorito.Depending on the type and intensity of fouling, they can use different chemicals in different concentrations. In the installation according to the figure you have proven to be an effective backwash with acid and then a hypochlorite wash.
En el lavado a contracorriente químico se dosifica un medio de purificación químico y/o un medio de desinfección 29 en la corriente de lavado a contracorriente mediante una bomba de membrana 33. La duración así como el intervalo del lavado a contracorriente químico son regulables y dependen del grado de ensuciamiento del agua residual y de la temperatura ambiente.In chemical backwashing, dose a chemical purification medium and / or a medium of disinfection 29 in the backwash stream by a membrane pump 33. The duration as well as the interval of Chemical backwashing are adjustable and depend on the degree of fouling of wastewater and ambient temperature.
La instalación descrita a modo de ejemplo presenta además las siguientes características: La descarga del reactor de cuerpos de relleno 1 contiene 80 -100 mg.l^{-1} de partículas no filtrables y presenta un CSB de 100-150 mg.l^{-1}. La descarga de la balsa de posclarificación 22 presenta 10-60 mg.l^{-1} de partículas no filtrables y un CSB de 55- 90 mg.l^{-1}. El tiempo de floculación es de 15 - 20 min. La bomba de dosificación 34 para el medio floculante utiliza una bomba de compresión por manguera.The installation described by way of example It also has the following characteristics: filling body reactor 1 contains 80 -100 mg.l -1 of non-filterable particles and has a CSB of 100-150 mg.l -1. The unloading of the raft of postclarification 22 presents 10-60 mg.l -1 of non-filterable particles and a CSB of 55-90 mg.l -1. Time Flocculation is 15-20 min. Dosing pump 34 for the flocculating medium uses a compression pump by hose.
La instalación de filtración 2 se compone de un módulo filtro 14 para una superficie total de membrana de 5,1 m^{2}. El material de membrana es PVDF (fluoruro de polivinilideno).The filtration system 2 consists of a filter module 14 for a total membrane area of 5.1 m2. The membrane material is PVDF (fluoride polyvinylidene).
Debido a los conocimientos previos por ensayos en laboratorio, durante la producción se mantiene constante la corriente de filtrado. La resistencia de la membrana, que va aumentando, es compensada por el aumento de la presión de alimentación. La presión de alimentación media es por ello preferentemente 0,3 a 0,6 bar, como máximo sin embargo 0,8 bar.Due to previous knowledge from trials in laboratory, during production the filtering current The resistance of the membrane, which goes increasing, is compensated by the increase in pressure of feeding. The average feed pressure is therefore preferably 0.3 to 0.6 bar, however maximum 0.8 bar.
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